[发明专利]一种基于高光谱的机场气体检测系统及方法在审

专利信息
申请号: 202010705744.9 申请日: 2020-07-21
公开(公告)号: CN111965116A 公开(公告)日: 2020-11-20
发明(设计)人: 李奇峰;黄晋楷;马翔云;杜建宾;戴元林 申请(专利权)人: 天津大学
主分类号: G01N21/25 分类号: G01N21/25;G06N3/04;G06N3/08
代理公司: 天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201 代理人: 张建中
地址: 300072*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 光谱 机场 气体 检测 系统 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于高光谱的机场气体检测系统,包括高光谱图像数据采集模块、数据预处理模块及光谱分析模块;高光谱图像数据采集模块包括拍摄角度互不相同的多台单波段高光谱相机;单波段高光谱相机用于实时采集机场气体的高光谱图像数据;数据预处理模块用于对采集的机场气体高光谱图像数据进行预处理;光谱分析模块用于对预处理后的机场气体高光谱图像数据进行分析处理,其内设有双向循环神经网络模型,双向循环神经网络模型输入机场气体高光谱图像数据,输出机场中目标气体的含量信息。本发明还公开了一种基于高光谱的机场气体检测方法。本发明可对机场区域气体进行大范围的实时检测,实现多种目标气体的同时测量。

技术领域

本发明涉及一种气体检测系统及方法,特别涉及一种基于高光谱的机场气体检测系统及方法。

背景技术

目前,随着世界民航业进入新的景气周期,在多种交通方式中,无论是旅客运输量还是旅客周转量,民航增长速度都很高。然而伴随着旅客吞吐量和货邮吞吐量的显著增加,机场气体对旅客、周边住户及环境的影响越来越大,机场气体中主要含有氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx),碳氧化物(COx),这些气体对人体健康存在巨大危害,其中氮氧化物(NOx)和碳氢化合物(HC)也是形成光化学烟雾的重要污染物。因此对机场气体的检测十分重要。

目前,国内外对于机场气体检测的研究较少,主要通过建立机场气体环境评估模型及遥测法。通过制定来自机场地面和空中排放源的排放清单,计算出环境的排放物浓度,适用于在实验条件下进行分析,但建立模型预测有一定局限性,需要考虑多方面因素,实际情况也会由于当时的风速、风向、大气稳定度及温度的变化产生影响,因此需要大量的收集数据并且长期积累。而遥测法可以对机场气体进行大范围实时监测,可以及时获得机场气体成分,符合机场气体检测的需求。

现有的气体检测的遥测法,存在检测速度慢、精度低、不能大范围检测的问题。为应对快速发展的航空运输市场,急需一种可以快速实时、准确度较高且能大面积检测的机场气体检测系统及方法。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可以快速实时、准确度较高且能大面积检测的基于高光谱的机场气体检测系统及方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种基于高光谱的机场气体检测系统,包括高光谱图像数据采集模块、数据预处理模块及光谱分析模块;高光谱图像数据采集模块包括拍摄角度互不相同的多台单波段高光谱相机;单波段高光谱相机用于实时采集机场气体的高光谱图像数据;数据预处理模块用于对采集的机场气体高光谱图像数据进行预处理;光谱分析模块用于对预处理后的机场气体高光谱图像数据进行分析处理,其内设有双向循环神经网络模型,双向循环神经网络模型输入机场气体高光谱图像数据,输出机场中目标气体的含量信息。

进一步地,数据预处理模块包括:用于去除采集的机场气体高光谱图像数据中的异常点数据的异常点校准单元,用于校准光谱绝对强度的光谱绝对强度校准单元,用于提高信噪比的滤波去噪单元。

上述的异常点校准单元、光谱绝对强度校准单元、滤波去噪单元可以采用现有技术方法构建,并实现上述功能。

进一步地,光谱绝对强度校准单元包括单点CMOS相机,单点CMOS相机对天空进行拍摄,同步采集环境光强。

进一步地,单波段高光谱相机的波段波长范围为780~2526纳米。

进一步地,单波段高光谱相机的波段具有独立双通带,且通带可调。

上述单波段高光谱相机、单点CMOS相机可采用现有技术中的产品。

本发明还提供了一种利用上述的基于高光谱的机场气体检测系统的基于高光谱的机场气体检测方法,包括如下步骤:

步骤一,采用拍摄角度互不相同的多台单波段高光谱相机对机场感兴趣区域进行拍摄,实时采集机场气体的高光谱图像数据;

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